СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОСНОВЫ КОМПОЗИЦИОННОГО АНТИКОРРОЗИОННОГО ЛАКОКРАСОЧНОГО МАТЕРИАЛА ПО РЖАВЧИНЕ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО АНТИКОРРОЗИОННОГО ЛАКОКРАСОЧНОГО МАТЕРИАЛА ПО РЖАВЧИНЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОСНОВЫ Российский патент 2010 года по МПК C08H6/00 C09D197/02 C09D5/08 

Изобретение относится к области химической промышленности, а именно к получению композиционных антикоррозионных лакокрасочных материалов, предназначенных для защиты ржавых металлических поверхностей от коррозии, наносимых непосредственно на ржавую поверхность металла, и получения основы -сорбционных материалов, на базе продуктов переработки природных органических соединений растительного происхождения.

Известен способ получения модифицированной добавки на основе лигнина для лакокрасочных материалов последовательной обработкой омагниченной и электроактивированной водой в щелочной среде и измельчением до размера частиц 5-12 мкм (SU 1378338 А1, 27.10.1998) - аналог.

Известен способ получения антикоррозионной модифицированной добавки на основе гидролизного лигнина для лакокрасочного материала, в котором активированный гидролизный лигнин обрабатывают механохимически в присутствии гидроксида аммония, аминной добавки и воды до достижения влажности продукта 15-17% и измельчением до размера частиц 5-30 мкм, а также известен способ получения композиционного лакокрасочного материала по ржавчине смешением связующего вещества (в частности, эмали ПФ-115) и указанной выше антикоррозионной модифицирующей добавки (RU 2185410 С2, 20.07.2002) - прототип.

Недостатки известных технических решений заключаются в том, что они недостаточно быстро и эффективно преобразует ржавчину.

Технический результат от использования предложенного технического решения может быть выражен в повышении антикоррозионных свойств и эффективности при использовании антикоррозионного материала.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения композиционного антикоррозионного лакокрасочного материала по ржавчине на базе продуктов переработки органического сырья растительного происхождения согласно изобретению за сырье, используемое для переработки, берут древесину различных пород с высоким показателем плотности; материал подготавливают - нарезают на стружку либо мелкие брусья, допускается возможность использования готовых пиломатериалов либо отходов производства. Подготовленный материал загружают в химический реактор, футерованный изнутри неметаллическими кислотоупорными материалами, теплоизолированный снаружи, снабженный оросительными и фильтрующими устройствами, воздуховодами для барбатажа нагретым воздухом, трубопроводами для подачи химических реагентов, воды и сливом жидкофазных сред на очистные сооружения. Способ в изотермических условиях, при повышенном давлении и температуре осуществляют следующим образом.

Способ получения основы композиционного антикоррозионного лакокрасочного материала по ржавчине включает использование в качестве сырья нарезанной древесины с высоким показателем плотности, которое подвергают гидролизу 0,5-0,8%-ным раствором серной кислоты, отмывку и отжим гидролизата, его аммонолиз раствором исходя из следующего соотношения компонентов, мас.%:

20-25%-ный раствор гидроксида аммония - 60,0-70,0;

0,5-2,0%-ный раствор цитрата натрия - 10,0-14,0;

0,1-1,0%-ный раствор гидроксида натрия - 10,0-13,0;

1,0-5,0%-ный раствор лимоннокислого натрия - 10,0-13,0.

Иначе соотношение компонентов растворов в пересчете на 100% вещество, мас.%, можно выразить следующим образом:

гидроксид аммония - 12,0-17,5;

цитрат натрия - 0,06-0,28;

гидроксид натрия - 0,01-0,13;

лимоннокислый натрий - 0,01-0,65;

вода - остальное,

повторную отмывку и отжим аммонизированного продукта, разделение на фракции, сушку продукта до 5-15% влажности. Гидролиз преимущественно проводят при гидромодуле 1:(20-15), при температуре 200-250°С и давлении 10-12 кг·с/см², в течение 4-6 часов. Преимущественно аммонолиз проводят при гидромодуле 1:(2-6), при температуре 100-180°С и давлении 4-6 кг·с/см², в течение 2-6 часов. Активацию и механохимический процесс проводят путем обработки в аппарате с вихревым слоем ферромагнитных частиц в жидкой среде, включающей электроактивированную щелочную воду и раствор комплексона 3 (двунатриевой соли этилендиаминотетрауксусной кислоты). При этом продукт подают порционно в рабочую камеру аппарата с вихревым слоем ферромагнитных частиц, предназначенного для проведения жидкофазных химических процессов, имеющего неметаллическую рабочую поверхность и снабженного футерованными ферромагнитными частицами, также сопряженного трубопроводом с классификатором перерабатываемого сырья. Обработку в аппарате с вихревым слоем ферромагнитных частиц проводят, последовательно классифицируя материал по размеру частиц для оптимизации проведения процесса.

Активацию материала проводят в присутствии смеси 20-25%-ного раствора гидроксида аммония, аминных добавок и катализатора реакции, исходя из следующего соотношения компонентов, мас.%:

основа антикоррозионного материала - 80,0-90,0;

20-25%-ный раствор гидроксида аммония - 5,0-15,0 (или в пересчете на 100% вещество гидроксид аммония - 1,0-3,75, остальное - вода);

аминные добавки - 0-4,0;

катализатор - 1,0-2,0.

Полученный состав измельчают и активируют с использованием и 10 частей сухого материала, и 1 части смеси растворов следующего состава, исходя из соотношения компонентов, мас.%:

20-25%-ный раствор гидроксида аммония - 40,0-60,0 (или в пересчете на 100% вещество гидроксид аммония - 10,0-12,0, остальное - вода);

аминные добавки - 35,0-50,0;

катализаторы - 5,0-10,0,

при нормальном давлении и температуре 100-150°С до достижения влажности готового продукта 5-15% и размера частиц материала 1-10 мкм.

В качестве аминных добавок преимущественно используют смесь моноэтаноламина, этилендиамина и полиэтиленполиамина, исходя из следующего соотношения компонентов, мас.%:

моноэтаноламин - 60,0-70,0;

полиэтиленполиамин - 25,0-30,0;

этилендиамин - 5,0-10,0.

В качестве катализатора преимущественно используют 0,5-4,0%-ный раствор комплексона 3 (двунатриевой соли этилендиаминотетрауксусной кислоты). В качестве катализаторов преимущественно используют 0,5-4,0%-ный раствор комплексона 3 (двунатриевой соли этилендиаминотетрауксусной кислоты) и трехзамещенный фосфат аммония в равных долях. Измельчение продукта проводят путем обработки в аппарате с вихревым слоем ферромагнитных частиц в жидкой среде, включающей электроактивированную щелочную воду и раствор комплексона 3 (двунатриевой соли этилендиаминотетрауксусной кислоты).

Обработанный продукт подают на классификацию, отжим и сушку; сушат материал до влажности 5-15%, классифицируя по фракциям для эффективности процесса и отбора крупных фракций материала, для последующей переработки и получения сорбционных материалов «Rusta». Высушенный материал подают в рабочую камеру мельницы шаровой, футерованной неметаллическими материалами, с неметаллическими мелющими телами, снабженную охладительной рубашкой и устройством для выгрузки сухих порошковых составов, а также трубопроводом для подачи материала на обработку в камеру аппарата с вихревым слоем ферромагнитных частиц. Обработку, предварительное измельчение и активацию материала производят в рабочей камере мельницы шаровой в присутствии 20-25%-ного раствора гидроксида аммония, аминных добавок и катализатора реакции. Обработку проводят при нормальной температуре и давлении в течение 10-16 часов, после чего полученный материал выгружают и подают в рабочую камеру аппарата с вихревым слоем ферромагнитных частиц, предназначенного для проведения измельчения и активации сухих сыпучих материалов. Измельчение и активацию полученного материала в камере аппарата с вихревым слоем ферромагнитных частиц, имеющего неметаллическую рабочую поверхность и снабженного футерованными ферромагнитными частицами, проводят при нормальной температуре и давлении, в присутствии активаторов реакции, для чего в процессе реакции порционно подают в реакционный материал смесь раствора гидроксида аммония, аминных добавок и катализаторов. Смесь растворов подается в каждую расчетную порцию материала, который обрабатывают в рабочей камере аппарата с вихревым слоем ферромагнитных частиц, исходя из соотношения (порция сухого материала : смесь растворов) - (10:1); обработку проводят при нормальном давлении и температуре 100-150°С в течение 5-30 минут, контролируя дисперсность частиц материала и его влажность, до достижения влажности готового продукта 5-15% и размера частиц материала 1-10 мкм.

Готовый материал «Rusta-M» упаковывают герметично во влагозащитную тару и порционно подают для последующих операций.

Способ получения композиционного антикоррозионного лакокрасочного материала по ржавчине с использованием основы включает следующее.

Способ получения композиционного антикоррозионного лакокрасочного материала по ржавчине с использованием основы, полученной, как это было описано выше, включает получение смеси связующего вещества и основы композиционного антикоррозионного лакокрасочного материала по ржавчине, исходя из следующего соотношения компонентов, мас.%:

связующее вещество - 85,0-95,0;

основа - 5,0-15,0,

после чего проводят механоактивацию и диспергацию состава с пигментами-наполнителями; обрабатывают в камере аппарата с вихревым слоем ферромагнитных частиц; колеруют, разбавляют растворителями-разбавителями; подают на розлив и упаковку.

В качестве связующего вещества используются различные лаки, смолы, полимеры, их композиции в смеси с растворителями и/или разбавителями. В качестве пигментов-наполнителей используют различные пигменты, наполнители и специальные добавки, применяющиеся в лакокрасочной промышленности для создания антикоррозионных лакокрасочных защитных материалов.

В качестве связующего/пленкообразующего по изобретению используются лаки/смолы полуфабрикатные для лакокрасочной промышленности, например, алкидно-стирольная полуфабрикатная композиция, предназначенная для получения антикоррозионных грунтовок по металлу. В качестве пигментов-наполнителей по изобретению используются, например, сурик, пигмент красный ЖО (редоксайд), двуокись титана пигментная (номенклатура прилагается). В качестве добавок используются, например, сиккатив октановый, аэросил (номенклатура прилагается). В качестве растворителей/разбавителей используются растворители, применяемые в лакокрасочной промышленности для данного вида связующего, например алкидно-стирольной полуфабрикатной композиции.

Соотношение по изобретению указанных компонентов, лаков, смол, полимеров и их композиций в смеси с растворителями и/или разбавителями, пигментов-наполнителей и добавок используется по изобретению, исходя из следующего соотношения компонентов, мас.%:

связующие/пленкообразующие - 45;

пигменты-наполнители, сиккативы и другие добавки - 40;

активные составляющие «Rusta» - 3-8;

растворители/разбавители - 7-12.

В качестве древесины по изобретению используется, например, древесина хвойных.

При этом механоактивацию и диспергацию преимущественно проводят в камере шаровой мельницы в течение 8-12 часов и обработку в камере аппарата с вихревым слоем ферромагнитных частиц проводят в течение 10-20 минут.

На специализированном оборудовании, например скоростном якорном смесителе, с неметаллическим покрытием реактора, готовят смесь связующего (пленкообразователя) лакокрасочного материала и материала «Rusta-M», следующего состава, в массовых %: связующее (пленкообразователь) - 85-95; материал «Rusta-M» - 5-15. В качестве связующего (пленкообразователя) используют различные лаки, смолы, полимеры и их композиции, в смеси с растворителями (разбавителями), в зависимости от рецептуры, утвержденной на производстве.

Готовую смесь подают в рабочую камеру мельницы шаровой, футерованной неметаллическими материалами, с неметаллическими мелющими телами, оборудованную трубопроводом для подачи готового материала на обработку в камеру аппарата с вихревым слоем ферромагнитных частиц, смесь обрабатывают в течение 6-10 часов, затем подают по трубопроводу в камеру аппарата с вихревым слоем ферромагнитных частиц. В рабочей камере аппарата с вихревым слоем ферромагнитных частиц готовую смесь обрабатывают в течение 10-20 минут, затем готовую композицию «Rusta-S» подают для последующих операций. В шаровую мельницу, футерованную неметаллическими материалами, с неметаллическими мелющими телами, подают композицию «Rusta-S», затем подают утвержденное рецептурой на данный вид композиции «Rusta-S» расчетное количество наполнителей, пигментов, специальных добавок. Материал обрабатывают в течение 8-12 часов. Полученный материал подают на колеровку, разбавление растворителями (разбавителями), контроль качества, на бисерные мельницы, скоростные смесители, согласно рецептурам, утвержденным на каждый вид материала «Rusta».

Готовый материал «Rusta» подают на линию розлива и упаковки, для получения товарной продукции - антикоррозионного композиционного лакокрасочного материала по ржавчине «Rusta».

В качестве сырья для получения активной составляющей «Rusta-M» используют органические материалы растительного происхождения, например древесину различных пород с высоким показателем плотности, заранее подготовленную - нарезанную на стружку либо мелкие брусья, допускается возможность использования готовых пиломатериалов либо отходов производства. Эти материалы содержат в своей структуре разнообразные группы агентов, способных к комплексообразованию, а именно полифенольные - флавоноиды, катехин, антоцианы, дубильные и другие вещества, способные связывать ионы металла в хелатные комплексы.

В процессе кислотного гидролиза данного сырья происходит полный гидролиз полисахаридов (целлюлозы), пентазанов и большей части редуцирующих веществ, образование растворимых лигногуминовых и фульвокислот. При вымывании их освобождаются поры в матрице лигноструктуры материала. Полученный в результате кислотного гидролиза материал имеет резко выраженные поверхностно-активные и сорбционные способности, что позволяет использовать его в качестве эффективной антикоррозионной составляющей - компонента лакокрасочных покрытий.

В ходе проведения последующего аммонолиза полученного материала в присутствии цитрата натрия гидроксида натрия, лимоннокислого натрия, происходит активация матрицы структуры материала, создание дополнительных карбоксильных и присоединение аминных групп, освобождение пор при вымывании из них солей гуминовых и фульвокислот, растворенных аммониевых солей и низкомолекулярных фрагментов материала, что значительно повышает его ионообменную емкость. Комплекс подобранных реагентов способствует более активному прохождению реакции, связывая в растворимые комплексы примеси, способствуя освобождению пор и увеличению внутренней сорбционной поверхности материала.

Последующая обработка полученного материала в камере аппарата с вихревым слоем ферромагнитных частиц, в растворе воды электроактивированной щелочной, в присутствии комплексона 3 (двунатриевой соли этилендиаминотетрауксусной кислоты), приводит к полному удалению растворимых органических и неорганических фрагментов матрицы материала, заполняющих поры и блокирующих функциональные группы; приводит к удалению катионных примесей матрицы материала, частично внедряя применяемый реагент во внутренние структуры макромолекулы вещества, способствуя образованию с центральным атомом, при ионном обмене, координационных связей; под воздействием электромагнитного поля вихревого слоя ферромагнитных частиц значительно увеличивается скорость протекания химической реакции, активации частиц вещества за счет деформации кристаллической решетки макромолекул материала и резкого увеличения химической активности, степени диссоциации материала.

Применение аппарата с вихревым слоем ферромагнитных частиц в комплексе с шаровой мельницей, футерованной неметаллическими материалами, позволяет значительно увеличить продуктивность процесса, перевести его из цикличного в непрерывный, уменьшить энергоемкость и во много раз уменьшить время проведения механохимической активации материала.

Соотношение реакционных компонентов, аминных добавок, выбранных из группы продуктов, содержащих амины, установлено исследовательским путем и обусловлено требованием увеличить содержание азота в активной составляющей материала «Rusta-M», для полной нейтрализации остатков ионов кислот и для повышения поверхностно-активных способностей активной составляющей материала «Rusta».

Приведенный способ создания композиции «Rusta-S» «лакокрасочное связующее (пленкообразователь) - активное составляющее - основа «Rusta-M»» обусловлен реакционной способностью материала «Rusta-M», создающего стабильные комплексные связи с низкомолекулярными и/или высокомолекулярными смолами, лаками, веществами, являющимися связующими в лакокрасочных материалах. Присутствие наполнителей, пигментов и других составляющих лакокрасочного материала на стадии процесса активации и диспергации композиции «Rusta-S» преждевременно и нецелесообразно. В процессе получения конечного продукта «Rusta» - антикоррозионного композиционного лакокрасочного материала по ржавчине «Rusta» - следует особо учесть высокую активность материала и компонентов материала к созданию комплексных химических связей с металлическими поверхностями и деталями машин и оборудования. Поэтому все контактирующие с материалами «Rusta» химреакторы, аппараты, смесители и другое оборудование должны быть футерованы/покрыты неметаллическими покрытиями.

Из приведенных данных выполнения способа получения комплексного антикоррозионного лакокрасочного материала по ржавчине и сорбционного материала «Rusta» следует, что способ получения по изобретению имеет неоспоримые преимущества перед известными способами, а конкретно: получение уникальной антикоррозионной лакокрасочной композиции «активный сорбционный материал -основа «Rusta-M» - композиционный материал «Rusta-S» - лакокрасочный материал «Rusta»»; максимальная механизация процесса изготовления материала; значительное снижение времени получения материала и энергозатрат на проведение технологического процесса, и как результат - получение высококачественного антикоррозионного лакокрасочного комплексного материала по ржавчине «Rusta», своими показателями превосходящего известные материалы. С учетом возможности получения материалов «Rusta» на базе дешевых, крупнотоннажных отходов промышленности его производство имеет большие перспективы.

Изобретение относится к области химической промышленности, а именно к получению композиционных антикоррозионных лакокрасочных материалов, предназначенных для защиты ржавых металлических поверхностей от коррозии, наносимых непосредственно на ржавую поверхность металла, и получения основы - сорбционных материалов, на базе продуктов переработки природных органических соединений растительного происхождения. Способ получения основы композиционного антикоррозионного лакокрасочного материала по ржавчине включает использование в качестве сырья нарезанной древесины с высоким показателем плотности, которое подвергают гидролизу 0,5-0,8%-ным раствором серной кислоты, отмывку и отжим гидролизата, его аммонолиз, который проводят смесью, содержащей гидроксид аммония, цитрат натрия, гидроксид натрия, лимоннокислый натрий, воду, повторную отмывку и отжим аммонизированного продукта, разделение на фракции, сушку продукта до 5-15% влажности. Проводят активацию продукта в присутствии гидроксида аммония, аминных добавок, катализатора и воды с последующим измельчением и активацией составом, содержащим гидроксид аммония, аминные добавки, катализаторы и воду, при нормальном давлении и температуре 100-150°С до влажности продукта 5-15% и размера частиц 1-10 мкм. Способ получения композиционного лакокрасочного материала по ржавчине включает получение смеси связующего вещества и основы композиционного антикоррозионного лакокрасочного материала по ржавчине, механоактивацию и диспергацию состава с пигментами-наполнителями, обработку в камере аппарата с вихревым слоем ферромагнитных частиц, колеровку и разбавление растворителями-разбавителями. Материал подают на розлив и упаковку. Способ позволяет снизить время получения материала и энергозатрат с получением высококачественного антикоррозионного лакокрасочного комплексного материала по ржавчине. 2 н. и 8 з.п. ф-лы.

1. Способ получения основы композиционного антикоррозионного лакокрасочного материала по ржавчине, включающий использование в качестве сырья нарезанной древесины с высоким показателем плотности, которое подвергают гидролизу 0,5-0,8%-ным раствором серной кислоты, отмывке и отжиму гидролизата, проводят его аммонолиз смесью растворов в пересчете на 100% вещество компонентов, мас.%:
гидроксид аммония 12-17,5 цитрат натрия 0,06-0,28 гидроксид натрия 0,01-0,13 лимонно-кислый натрий 0,01-0,65 вода остальное

повторную отмывку и отжим аммонизированного продукта, разделение на фракции, сушку продукта до 5 -15% влажности;
активацию материала в присутствии смеси 20-25%-ного раствора гидроксида аммония, аминных добавок и катализатора реакции, исходя из следующего соотношения компонентов, мас.%:
основа антикоррозионного материала 80,0-90,0 гидроксид аммония (в пересчете на 100% вещество) 5,0-15,0 аминные добавки 3,0-4,0 катализатор 1,0-2,0 вода остальное
с последующим измельчением и активацией с использованием на 10 частей сухого материала и 1 части смеси растворов следующего состава исходя из соотношения компонентов, мас.%:
гидроксид аммония (в пересчете на 100% вещество) 10,0-12,0 аминные добавки 35,0-50,0 катализаторы 5,0-10,0 вода остальное
при нормальном давлении и температуре 100-150°С до достижения влажности готового продукта 5-15% и размера частиц материала 1-10 мкм.

2. Способ по п.1, в котором гидролиз проводят при гидромодуле 1:(20-15) при температуре 200-250°С и давлении 10-12 кг·с/см² в течение 4-6 ч.

3. Способ по п.1, в котором аммонолиз проводят при гидромодуле 1:(2-6) при температуре 100-180°С и давлении 4-6 кг·с/см² в течение 2-6 ч.

4. Способ по п.1, в котором активацию и механо-химические процессы проводят путем обработки в аппарате с вихревьм слоем ферромагнитных частиц в жидкой среде, включающей электроактивированную щелочную воду и раствор комплексона 3 (двунатриевой соли этилендиаминотетрауксусной кислоты).

5. Способ по п.1, в котором в качестве аминных добавок используют смесь моноэтаноламина, этилендиамина и полиэтиленполиамина, исходя из следующего соотношения компонентов, мас.%:
моноэтаноламин 60,0-70,0 полиэтиленполиамин 25,0-30,0 этилендиамин 5,0-10,0

6. Способ по п.1, в котором в качестве катализатора используют 0,5-4,0%-ный раствор комплексона 3 (двунатриевой соли этилендиаминотетрауксусной кислоты).

7. Способ по п.1, в котором в качестве катализаторов используют 0,5-4,0%-ный раствор комплексона 3 (двунатриевой соли этилендиаминотетрауксусной кислоты) и трехзамещенный фосфат аммония в равных долях.

8. Способ получения композиционного антикоррозионного лакокрасочного материала по ржавчине с использованием основы по п.1, включающий получение смеси связующего вещества и основы композиционного антикоррозионного лакокрасочного материала по ржавчине, исходя из следующего соотношения компонентов, мас.%:
связующее вещество 85,0-95,0 основа 5,0-15,0

после чего проводят механо-активацию и диспергацию состава с пигментами-наполнителями, обрабатывают в камере аппарата с вихревым слоем ферромагнитных частиц, колеруют, разбавляют растворителями-разбавителями, подают на розлив и упаковку.

9. Способ по п.8, в котором в качестве связующего вещества используют различные лаки, смолы, полимеры и их композиции в смеси с растворителями и/или разбавителями.

10. Способ по п.8, в котором механо-активацию и диспергацию проводят в камере шаровой мельницы в течение 8-12 ч и обработку в камере аппарата с вихревым слоем ферромагнитных частиц проводят в течение 10-20 мин.